歐洲核子研究組織物理學家在頂夸克對產生過程中尋找洛倫茲對稱性破缺

歐洲核子研究組織（CERN）大型強子對撞機（LHC）的CMS合作組物理學家，已對頂夸克是否遵循愛因斯坦的狹義相對論進行了測試。

愛因斯坦的狹義相對論，與量子力學一同構成了粒子物理標準模型的基礎。

其核心是一個稱為洛倫茲對稱性的概念：實驗結果與實驗的取向或實驗進行時的速度無關。

狹義相對論經受住了時間的考驗。然而，一些理論，包括某些弦理論模型預測，在極高能量下，狹義相對論將不再適用，實驗觀測結果將取決於實驗在時空中的取向 。

這種洛倫茲對稱性破缺的痕跡，在較低能量下，比如大型強子對撞機（LHC）的能量級下，可能是可觀測到的。但儘管此前付出諸多努力，在LHC或其他對撞機上都尚未發現它們。

在一項新研究中，CMS物理學家利用頂夸克對（已知的質量最大的基本粒子），在LHC上尋找洛倫茲對稱性破缺。

他們表示：「在這種情況下，若實驗結果與取向有關，那就意味著在LHC質子 - 質子碰撞中產生頂夸克對的速率會隨時間而變化。」

「更準確地說，由於地球繞自身軸線自轉，LHC質子束的方向，以及在CMS實驗中心碰撞產生的頂夸克的平均方向，也會根據一天中的不同時間而改變。」

「因此，如果時空中存在一個優選方向，頂夸克對的產生速率就會隨一天中的不同時間而變化。」

「所以，發現產生速率偏離恆定值，就等於發現時空中存在一個優選方向。」

研究團隊基於LHC第二次執行資料得出的新結果，與恆定速率相符，這意味著洛倫茲對稱性未被打破，愛因斯坦的狹義相對論依然有效。

研究人員利用這一結果，對在對稱性成立時預測為零的引數大小設定了限制。

此次獲得的限制，比之前在舊的兆電子伏特加速器（Tevatron）上尋找洛倫茲對稱性破缺的結果，精度提高了高達100倍。

科學家們稱：「這些結果為未來基於LHC第三次執行的頂夸克資料尋找洛倫茲對稱性破缺鋪平了道路。」

「它們也為審查只能在LHC上研究的涉及其他重粒子的過程開啟了大門，比如希格斯玻色子以及W和Z玻色子。」

這項研究發表在2024年10月的《物理快報B》（Physics Letters B）雜誌上。

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CMS合作組。2024年。利用13 TeV質子 - 質子碰撞中的雙輕子事件，尋找頂夸克對產生過程中的洛倫茲不變性破缺。《物理快報B》857卷：138979；doi: 10.1016/j.physletb.2024.138979